【正文】 再次，我要感謝指導(dǎo)老師和與我同一個(gè)課設(shè)題目的同學(xué)，因?yàn)橐粋€(gè)人的思路是有限的，感謝大家的集思成就了我們的妙想。 祝老師在硬件方面很厲害，因?yàn)樗緛?lái)就是我們機(jī)器人和傳感器這兩門(mén)科目的老師， 在遇到很多跟電路設(shè)計(jì)相關(guān)的知識(shí)的時(shí)候，必然會(huì)有很多請(qǐng)教祝老師的時(shí)候， 只要遇到 這些 問(wèn)題就可以找他，老師肯定會(huì)盡責(zé)為我們講解， 并且老師還會(huì)就我們提出的問(wèn)題給我們引申出挺多在設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該注意的事項(xiàng)、細(xì)節(jié)。 總之課程設(shè)計(jì)對(duì)我們的幫助是非常大的，在提高我們的動(dòng)手能力和開(kāi)發(fā)邏輯思 維之 余 也能在一定的程度上激發(fā)我們對(duì) 機(jī)器人和傳感器的學(xué)習(xí) 興趣 ， 讓我們的學(xué)習(xí)從單一的理論升華到實(shí)踐的高度。 當(dāng)剛 拿到機(jī)器人課設(shè)的題目時(shí)，我頭腦里是一片茫然啊，這個(gè)循跡機(jī)器人應(yīng)該從哪里著手開(kāi)始做呢， 但是， 經(jīng)過(guò)老師對(duì)我們的設(shè)計(jì)思路講解之后，就知道應(yīng)該怎么逐次實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的循跡功能了。 既然有蔽障的軟件流程，那么在進(jìn)行蔽障之前，肯定要先使 機(jī)器人能沿著預(yù)定的黑線運(yùn)動(dòng)，完成從 A 點(diǎn)到 B 點(diǎn)的往返運(yùn)動(dòng)， 這就要不斷的檢測(cè)黑線位置，防止機(jī)器人偏離預(yù)定的軌道運(yùn)行，這樣的一個(gè)不斷循環(huán)的過(guò)程如圖 52 所示，清晰地表明了機(jī)器人單片機(jī)核心部分的工作順序。紅外傳感器能把被測(cè)物體的紅外線反射能量很好地轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并將電信號(hào)傳輸給單片機(jī)，因此循線的探測(cè)任務(wù)我們就交給了紅外傳感器。 循跡機(jī)器人設(shè)計(jì) 12 5 機(jī)器 人的軟件設(shè)計(jì) 智能尋跡機(jī)器人采用現(xiàn)在較為流行的 8 位單片機(jī)作為系統(tǒng)大腦。 橋驅(qū)動(dòng)原理 圖 49 H 橋原理圖 H 橋原理簡(jiǎn)述 ：所謂 H 橋驅(qū)動(dòng)電路是為了直流電機(jī)而設(shè)計(jì)的一種常見(jiàn)電路，它主要實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的正反向驅(qū)動(dòng)，其典型電路形式如 上 圖 49. 邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換 光耦隔離 H橋 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 循跡機(jī)器人設(shè)計(jì) 11 其工作過(guò)程如下： 當(dāng) 開(kāi)關(guān) A、 D 接通，電機(jī)為正向轉(zhuǎn)動(dòng) ； 當(dāng) 開(kāi)關(guān) B、 C 接通時(shí)，直流電機(jī)將反向轉(zhuǎn)動(dòng) ； 當(dāng) 將 B 、 D 開(kāi)關(guān)（或 A、 C）接通，則電機(jī)慣性轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電勢(shì)將被短路，形成阻礙運(yùn)動(dòng)的反電勢(shì)， 形成 “ 剎車 ” 作用 當(dāng) 4 個(gè)開(kāi)關(guān)全部斷開(kāi)，則電機(jī)產(chǎn)生的電勢(shì)將無(wú)法形成電路，從而也就不會(huì)產(chǎn)生阻礙運(yùn)動(dòng)的反電勢(shì)，電機(jī)將慣性轉(zhuǎn)動(dòng)較長(zhǎng)時(shí)間，這叫電機(jī)的惰行。其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的流程見(jiàn)圖 48. 圖 48 電機(jī)驅(qū)動(dòng)流程 直流電機(jī)的特性 圖 45 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 圖 46 PMW脈沖寬度調(diào)制示意圖 （ 1） 額定功率 ：是指軸上輸出的機(jī)械功率，單位為 kW。直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，重量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便。 由于其轉(zhuǎn)過(guò)的角度可以精確的定位，可以實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)路程和位置的精確定位。為了能控制車輪的轉(zhuǎn)速，可以采取 PWM 調(diào)速法，即由單片機(jī)的 IOBIOB9 輸出一系列頻率固定的方波，再通過(guò)功率放大來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在單片機(jī)中編程改變輸出方波的占空比就可以改變加到電機(jī)上的平均電壓，從而可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。如果直接用發(fā)射和接收管進(jìn)行測(cè)量將因?yàn)楦蓴_產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)，采用對(duì)反射光強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量的方法可以提高系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。 運(yùn)用紅外測(cè)障傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于其成本較低，電路簡(jiǎn)單，檢測(cè)范圍大，并且如果在電路中加上一個(gè) 電位器可以隨時(shí)調(diào)節(jié)傳感器的檢測(cè)范圍，控制起來(lái)更靈活也更好看，但是其缺點(diǎn)便事多個(gè)紅外傳感器之間容易互相干擾。 圖 43 黑線檢測(cè)流程圖 否 自動(dòng)循跡程序 是否檢測(cè)到黑線 左轉(zhuǎn) 是 右轉(zhuǎn) 前進(jìn) 探測(cè)黑線 判斷處理程序 循跡機(jī)器人設(shè)計(jì) 7 圖 441 紅外探頭位置 其電路原理圖為圖 442 所示。 圖 42 傳感器子流程圖 未偏 獲取傳感器信息 轉(zhuǎn)換為機(jī)身偏離狀況 直線行駛函數(shù) 較大偏離 微偏 微調(diào)函數(shù) 調(diào)整函數(shù) 循跡機(jī)器人設(shè)計(jì) 6 軌跡檢測(cè) 對(duì)于循跡機(jī)器人的軌跡檢測(cè)，在本設(shè)計(jì)中用的是紅外傳感器， 紅外光的發(fā)送接收選用型號(hào)為 ST168 的對(duì)管當(dāng)小車在白色地面行駛時(shí)裝在車下的紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線信號(hào)經(jīng)白色反射后被接收管接收一旦接收管接收到信號(hào) ,那么圖中光敏三極管將導(dǎo)通比較器輸出為低電平 。 控制器 （單片機(jī)內(nèi)核） 光電編碼檢測(cè) 超聲波檢測(cè) 計(jì)數(shù)檢測(cè) 后退紅外檢測(cè) 前進(jìn)紅外檢測(cè) 行走電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào) 循跡機(jī)器人設(shè)計(jì) 4 3 設(shè)計(jì)方框圖 圖 31 主程序流程 結(jié)束 系統(tǒng) 初始化 開(kāi)始 任務(wù)計(jì)數(shù)器歸零 任務(wù)計(jì)數(shù)器 +1 是否完成全部任務(wù) 循跡子程序 是否完成本次任務(wù) Ｙ Ｎ Ｙ Ｎ 循跡機(jī)器人設(shè)計(jì) 5 4 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)器人按照規(guī)定的線路從 A 地運(yùn)輸貨物到 B 地，然后再原路返回重復(fù)搬運(yùn)過(guò)程，下圖 41 為循跡機(jī)器人的軌道線路圖。 圖 21 機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 機(jī)器人在地面的移動(dòng)方式采用的是三輪式的，前輪輔助后輪的差動(dòng)式行走方式。 發(fā)揮部分 1）蔽障功能 循跡機(jī)器人設(shè)計(jì) 3 2 設(shè)計(jì)思路 循跡機(jī)器人是一種運(yùn)用簡(jiǎn)單的視覺(jué)作用進(jìn)行一系列后續(xù)操作的機(jī)器人，在機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)中起著非常重要的作用，為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中位置的準(zhǔn)確性提供了保障。 關(guān)鍵詞： 機(jī)器人，傳感器， 直流電機(jī) ，硬件，軟件， PWM 循跡機(jī)器人設(shè)計(jì)